生物膜法在污水處理方面的研究進展

1、生物膜法在污水處理方面的研究進展摘要：本文先簡單的介紹了生物膜法概念及歷史，然后簡述了解了生物膜技術和各自的應用，最后從生物膜法在具體事例中的應用及其前景。關鍵詞：生物膜法 技術 應用 污水處理引言：生物膜法是令微生物附著在惰性濾料上，形成膜狀的生物污泥，從而對污水起到凈化效果的生物處理方法。生物膜法的特點主要有對廢水水質、水量變化適應性強，操作穩(wěn)定性好不會發(fā)生污泥膨脹，運轉管理較方便生物膜中的物相豐富，且沿水流方向膜中生物種群具有一定分布剩余污泥量較少采用自然通風供氧.在運行方面靈活性較差，設備容積負荷有限，空間效率較低。其作用機制是利用生物膜的強吸附性和吸水性，通過將微生物細胞固定于反應器

2、內的載體上，實現(xiàn)了微生物停留時間和水力停留時間的分離，從而達到目的的一種手段。一般所用到的技術有：生物接觸氧化法、生物流床技術、移動床生物膜反應器等。污水，通常指受一定污染的、來自生活和生產的排出水，污水的主要污染物有病原體污染物， 耗氧污染物，植物營養(yǎng)物，有毒污染物等。生物膜法處理污水就是通過惰性材料的粘著性使微生物附著其上，以達到污水處理的目的。20世紀50年代以前，生物膜法一直未被重視，其主要原因是它以碎石為原料，微生物附著困難，并且操作不方便，而50年代，塑料工業(yè)的發(fā)展及其向生物膜處理技術的引用克服了濾料堵塞等困難。生物膜技術的核心就是濾料【1】。濾料可以是天然的，也可以是經過加工的石

3、英砂、無煙煤、大理石、白云石、磁鐵礦石、石榴石、錳砂等顆粒物質，還可以是人造聚苯乙烯發(fā)泡塑料球、高效纖維束和陶瓷濾料。它的選擇特點有：機械強度高，化學穩(wěn)定性好，密度適宜，形狀規(guī)則，易成膜，但無毒無味，無異物脫落，不會產生二次污染；取材方便，價格便宜。再生性強.Allant等【2】人研究結果表明：上浮式濾料比沉沒式濾料對SS（懸浮顆粒物）、有機物的去除率高，更耐有機負荷和水力負荷沖擊。由此可見，濾料的好壞關系著生物膜的脫落和附著情況，進而影響了曝氣生物濾池運行的穩(wěn)定和處理效果。下面，我們具體的了解生物膜法的應用。1生物膜在污水處理中的具體應用1.1生物膜法除無機元素1.1.1生物膜法除磷磷是生物

4、生長必需的元素之一，但水體中磷含量過高可造成藻類的過度繁殖，引起嚴重的水質富營養(yǎng)化問題【3】。國內外對控制水體中的磷含量均十分重視，經濟、高效地降低排放廢水的磷含量已成為防治水體富營養(yǎng)化的重要途徑之一。污水中磷的去除有化學和生物兩種途徑【4】：化學途徑是指投加Ca2、Al3和Fe3形成金屬磷酸鹽沉淀；生物途徑是指微生物對磷的吸收，磷最終通過沉淀池排放剩余污泥得以去除。微生物對磷的吸收又分為兩種【5】：微生物生長的生理需要，對磷的正常吸收，普通活性污泥微生物細胞干重含磷23；生物強化除磷（EBPR），微生物吸收過量的磷貯存為胞內聚磷【6】，成功的EBPR系統(tǒng)中微生物細胞含磷量為一般微生物的25倍

5、。曝氣生物濾池除磷過程中，一般物理過濾除磷效率可高達35，為了提高除磷效果，需要加入化學藥劑來強化除磷，再通過生物和過濾作用后，磷的去除率可高達85。提高水力停留時間也可以提高曝氣生物濾池對磷的去除率，但是較長的水力停留時間是不經濟的?；谏鲜鲈?，凌霄【7】等采用鋁鹽作為除磷的絮凝劑，經過對比試驗，結果表明，TP的去除隨著鋁鹽加入量的增加而增加，但并不成正比增加，當投加系數(shù)小于等于150時，適當加大氣水比有利于除磷；但當投加系數(shù)大于等于175時，加大氣水比對總磷的去除沒有影響。并且加入的鋁鹽對濁度和COD去除影響不大，它們的去除率還分別提高了47和5138-9。雖然鋁鹽會抑制曝氣生物濾池的硝

6、化作用，但溶解氧足夠時，鋁鹽的加入對氨氮的去除沒有影響【10】。1.1.2生物膜法脫氮對于生物膜法脫氮，不同的人有不同的方法，但核心都是生物膜脫氮技術【11】。比如成英俊等在膜生物反應器中投加聚乙烯懸浮濾料，通過生物膜膜生物反應器對生活污水中脫氮除磷性能的研究試驗，結果表明，投加聚乙烯懸浮濾料可使膜生物反應器對有機污染物去除率得到提高，總氮、總磷的平均去除率由455和472分別增至574和718，并且投加懸浮濾料還可延緩膜污染【12】；王海燕等【13】采用厭氧好氧（AO）【15】生物膜工藝進行焦化廢水的試驗，通過對進水、厭氧出水、好氧出水氨氮和化學需氧量（COD）的檢測分析，由此得知該系統(tǒng)能有

7、效地去除焦化廢水中的COD，去除率均大于90，氨氮的去除率在80以上；李詠梅等14在對焦化廢水中有機物在A1A2O生物膜系統(tǒng)中降解轉化規(guī)律進行分析的基礎上，選取焦化廢水中6種主要的含氮雜環(huán)化合物：吡啶、吲哚、喹啉、異喹啉、2甲基喹啉、8羥基喹啉【15】，與苯酚共同配制成溶液，在A1A2O生物膜系統(tǒng)中運行，結果表明上述各種含氮雜環(huán)有機物在A1A2O系統(tǒng)中都可得到較完全的去除。1.1.3生物膜法去重金屬在印染、采礦、電鍍等工業(yè)生產中，常常會向環(huán)境水中排放有毒的重金屬污水，這樣不僅危害了水生物，而且也影響了人類的生活健康。因此，不斷地研究開發(fā)對含有有毒重金屬污水的處理技術，是十分重要的。采用生物膜法

8、去除水中重金屬主要是依靠生物膜對重金屬的生物吸附。許多研究表明，構成生物膜的各種微生物能分泌細胞外聚合物（EPS）【16】，其主要成分是多聚糖、蛋白質、核酸、脂類等。由于胞外聚合物常含有帶負電荷的官能團（如多聚糖、蛋白質等的羧基官能團），生物膜表面也因此常攜帶負電荷。生物膜吸附水體中的重金屬離子的一個重要機理就是通過胞外聚合物中帶負電荷的配合基與重金屬相互作用而逐漸吸附重金屬離子17。將生物膜法用于污水中重金屬的去除，不僅不易造成二次污染，操作簡便，而且大大減低了污水的治理成本，其實際應用意義十分重要。1.2生物膜法除污水中微生物生物膜法除污水中微生物就是以生物制住生物，以菌制菌，向自然菌群中

9、投入特殊的微生物以增強生物力量，并對污水等特定環(huán)境或特殊污染物加以反應。是通過馴化、篩選、誘變、基因重組等一系列關鍵技術【18】的實施，獲得一批以污水為主要能源的微生物，然后復制投入一定數(shù)量，對目標物質進行降解，達到去除污染的目標。對于焦化廢水和焦化廢水來說，焦化廢水因成分復雜，無機物和有機物的種類多，被列為難以降解工業(yè)廢水，一般通過投放高效菌種，以固定化、高效降解微生物法等強化技術來進行處理。而印染廢水中的有機物含量非常大，以前采用生物膜法來處理，無法有效去除其中的有機物，通過應用高效脫氧色菌和PVA 降解菌，加快生物膜的形成速度，穩(wěn)定性好，效率高，已達到其目的。在微生物的作用下，可使失效的

10、填料活性炭部分恢復吸附能力?；钚蕴坑芯薮蟮谋砻娣e（1000M2/gc）和發(fā)達的孔隙結構，其中95%的表面積是由孔徑<40A0 的微孔提供的，中孔（40-2000 A0）約占總表面積的5%，大孔（2000-4000 A0）的表面積僅有0.5-2 M2/gc【19】.而大多數(shù)細菌大于1m,少數(shù)細菌為5m, 因而細菌只能進入活性炭的大孔,而不能進入微孔內,只有細菌所分泌的胞外酶能夠降解吸附在微孔內有機物.胞外酶是由蛋白質組成的生物催化劑, 可將細胞外的大分子有機物和不溶性有機物分解成小分子物質和可溶性物質, 供微生物吸收和利用在適宜的條件下，許多酶都能被活性炭大量吸附，一些較小分子量的酶或具有

11、活性基團的酶的碎片可進入活性炭的微孔內，催化分解吸附在微孔內的有機分子化合物，由于活性炭對低分子量物質的吸附能力差，這些小分子物質就可以從炭的孔隙表面解吸下來，向外擴散，進入到大孔中和炭表面的微生物細胞體內，在細胞內酶催化下一部分合成細胞物質, 一部分進一步氧化分解,最終以CO2、H2O 及其它簡單物質形式, 釋放到細菌體外已達到其除污目的【20】。1.3生物膜法除大分子顆粒物生物膜技術可用于出污水中大分子顆粒物，如污泥等。主要適用于厭氧型生物的處理系統(tǒng)中，它主要由配水系統(tǒng)、三相分離器和污泥床三個部分組成。利用反應過程中產生氣體混合污泥和污水，再用三相分離器將氣體、污水和顆粒污泥進行分離。最后

12、排出水，將污泥留在反應器中【21】?？偨Y生物膜法的機理和作用研究還不太成熟，國內外科研工作者從微生物菌種、膜反應器、曝氣生物濾池、濾料等方面進行科研工作。特別是對微生物對物質的代謝機理、微生物的群落結構和功能、曝氣生物濾池和膜反應器的創(chuàng)新改進及濾料的選擇應用，這些都將直接影響生物膜法對污水的處理能力。因此，在物理化學和生物學因素等方面的基礎上深化探索研究，不斷提高生物膜法對污水中各種元素的處理能力，為生物修復技術提供一定的理論依據(jù)。隨著生物膜研究的不斷深入和進步，生物膜法在自然環(huán)境和廢水生物處理中必將發(fā)揮越來越重要的作用。污水是環(huán)境污染的重要因素，而用其他方法都會有一些隱患，但生物膜技術在污水

13、處理方面不會存在安全隱患和二次污染，故生物膜技術的應用前景非常廣闊。并且生物膜技術在目前的研究不完善和不成熟，因此，生物膜技術的潛力非常巨大，當然，這需要一代人的共同努力。參考文獻【1】作者：秦萌  刊名：試題與研究：新課程論壇  出版日期：2010  期號：第13期 【2】作者：白玉華，郭巖，張巖，張萬友，陳秋芳，于海波  刊名：工業(yè)水處理雜志  ISSN：1005829X  出版日期：2010  期號：第3期 【3】作者：蔣山泉，郭麗芳，孫向

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